Evolution of soil properties and plant communities along an extreme edaphic gradient

lant-litter-soil interactions were investigated along a soil chronosequence occurring on five coastal terraces in northern California that range in age from about 100 000 to 500 000 YBP. Soil and plant communities vary dramatically and consist of slightly acidic, fertile soils supporting highly productive mixed-conifer forests on the youngest terrace to highly acidic, infertile soils supporting pygmy forests of dwarf (< 3 m) conifers and Ericaceae species on the older terraces. Soil genesis, soil nutrient status, soil acidity and plant community structure reach a steady-state after approximately 250 000 years. All major species of the pygmy forest are polyphenol-rich, and those species that also grow elsewhere on the gradient have their highest concentrations of extractable polyphenols when growing on the most highly acidic, infertile sites. Polyphenols provide several beneficial effects on highly acidic and infertile soils, such as nutrient conservation, detoxification of soluble aluminum and enhanced phosphorus availability. Polyphenols may also provide some plant species with a competitive advantage by altering nitrogen cycling, allowing these plants to alter forest succession. The convergent evolution of polyphenol-rich plant communities on highly infertile soils throughout the world may be due to the ability of polyphenols to ameliorate acid soil infertility factors and regulate the nitrogen cycle. Résumé Les interactions entre le sol, les détritus et les plantes ont été examinées sur cinq terrasses côtières en Californie du nord, dans une séquence chronologique sʹétendant de 100 000 à 500 000 années. Les sols et les associations de plantes varient considérablement : de sols légèrement acides et fertiles, couverts de forêts luxuriantes de conifères variés sur la terrasse la plus jeune aux sols très acides, infertiles, couverts de forêts pygmées de conifères (< 3 m) et dʹespèces de Ericaceae sur les terrasses les plus vieilles. La formation du sol, ses propriétés nutritionnelles et son acidité ainsi que la composition de lʹassociation végétale atteignent un équilibre après environ 250 000 années. Les espèces les plus importantes de la forêt pygmée sont riches en polyphénols. Celles, parmi ces espèces, qui poussent aussi en dehors du gradient édaphique ont la plus forte concentration en polyphénols extractibles quand elles poussent sur un sol très acide et infertile. Les polyphénols ont plusieurs effets avantageux sur les sols très acides et infertiles, tel que la conservation des éléments nutritifs, la détoxication de lʹaluminium soluble et une augmentation de la disponibilité du phosphore. Les polyphénols pourraient aussi donner un avantage compétitif en modifiant le cycle dʹazote, et ainsi permettre de changer la succession des forêts. Lʹévolution convergente des associations végétales riches en polyphénols sur des sols très infertiles à travers le monde pourrait être due au pouvoir des polyphénols dʹaméliorer la fertilité des sols acides et de réguler le cycle dʹazote. Résumé Les interactions entre le sol, les détritus et les plantes ont été examinées sur cinq terrasses côtières en Californie du nord, dans une séquence chronologique sʹétendant de 100 000 à 500 000 années. Les sols et les associations de plantes varient considérablement : de sols légèrement acides et fertiles, couverts de forêts luxuriantes de conifères variés sur la terrasse la plus jeune aux sols très acides, infertiles, couverts de forêts pygmées de conifères (< 3 m) et dʹespèces de Ericaceae sur les terrasses les plus vieilles. La formation du sol, ses propriétés nutritionnelles et son acidité ainsi que la composition de lʹassociation végétale atteignent un équilibre après environ 250 000 années. Les espèces les plus importantes de la forêt pygmée sont riches en polyphénols. Celles, parmi ces espèces, qui poussent aussi en dehors du gradient édaphique ont la plus forte concentration en polyphénols extractibles quand elles poussent sur un sol très acide et infertile. Les polyphénols ont plusieurs effets avantageux sur les sols très acides et infertiles, tel que la conservation des éléments nutritifs, la détoxication de lʹaluminium soluble et une augmentation de la disponibilité du phosphore. Les polyphénols pourraient aussi donner un avantage compétitif en modifiant le cycle dʹazote, et ainsi permettre de changer la succession des forêts. Lʹévolution convergente des associations végétales riches en polyphénols sur des sols très infertiles à travers le monde pourrait être due au pouvoir des polyphénols dʹaméliorer la fertilité des sols acides et de réguler le cycle dʹazote.